(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori in California e Massachusetts ha sviluppato un "cocktail" di diverse particelle di dimensioni nanometriche che lavorano di concerto all'interno del flusso sanguigno per individuare, aderire e uccidere i tumori cancerosi.

"Questo studio rappresenta il primo esempio dei vantaggi dell'impiego di un nanosistema cooperativo per combattere il cancro, " ha detto Michael Sailor, professore di chimica e biochimica all'Università della California, San Diego e l'autore principale di un documento che descrive i risultati, che è in corso di pubblicazione in un prossimo numero del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Una prima versione online del giornale è apparsa la scorsa settimana.

Nel loro studio, i chimici dell'UC San Diego, i bioingegneri del MIT e i biologi cellulari della UC Santa Barbara hanno sviluppato un sistema contenente due diversi nanomateriali delle dimensioni di pochi nanometri, o mille volte più piccolo del diametro di un capello umano, che può essere iniettato nel flusso sanguigno. Un nanomateriale è stato progettato per trovare e aderire ai tumori nei topi, mentre il secondo nanomateriale è stato fabbricato per uccidere quei tumori.

Questi scienziati e altri avevano precedentemente progettato dispositivi di dimensioni nanometriche per attaccarsi alle cellule malate o fornire farmaci specificamente alle cellule malate ignorando le cellule sane. Ma le funzioni di quei dispositivi, i ricercatori hanno scoperto, spesso in conflitto tra loro.

"Per esempio, una nanoparticella progettata per circolare attraverso il corpo di un malato di cancro per un lungo periodo di tempo ha maggiori probabilità di incontrare un tumore, " disse Sangeeta Bhatia, un medico, bioingegnere e professore di Scienze e tecnologia della salute presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e coautore dello studio. "Però, quella nanoparticella potrebbe non essere in grado di aderire alle cellule tumorali una volta trovate. Allo stesso modo, una particella che è progettata per aderire strettamente ai tumori potrebbe non essere in grado di circolare nel corpo abbastanza a lungo da incontrarne uno in primo luogo".

Quando un singolo farmaco non funziona in un paziente, un medico somministrerà comunemente un cocktail contenente diverse molecole di farmaco. Questa strategia può essere molto efficace nel trattamento del cancro, dove la logica è quella di attaccare la malattia su più fronti possibili. I farmaci possono talvolta lavorare insieme su un singolo aspetto della malattia, oppure possono attaccare funzioni separate. In ogni caso, le combinazioni di farmaci possono fornire un effetto maggiore rispetto a entrambi i farmaci da soli.

Il trattamento dei tumori con nanoparticelle è stato impegnativo perché le cellule immunitarie chiamate fagociti mononucleati li identificano e li strappano dalla circolazione, impedendo ai nanomateriali di raggiungere il loro obiettivo.

Parco Ji-Ho, uno studente laureato nel laboratorio di Sailor's UC San Diego, e Geoffrey von Maltzahn, uno studente laureato nel laboratorio del MIT di Bhatia, ha guidato lo sforzo per sviluppare due distinti nanomateriali che avrebbero lavorato di concerto per superare quell'ostacolo e altri. La prima particella è un "attivatore" di nanobarre d'oro che si accumula nei tumori filtrando attraverso i suoi vasi sanguigni che perdono. Le particelle d'oro coprono l'intero tumore e si comportano come un'antenna assorbendo l'irradiazione laser infrarossa altrimenti benigna, che poi riscalda il tumore.

Dopo che i nanotubi erano circolati nel flusso sanguigno di topi che avevano tumori epiteliali per tre giorni, i ricercatori hanno utilizzato un debole raggio laser per riscaldare le aste attaccate ai tumori. Questo ha sensibilizzato i tumori, e i ricercatori hanno quindi inviato un secondo tipo di nanoparticelle, composto da nanoworm di ossido di ferro o liposomi caricati con doxorubicina. Questa nanoparticella "responder" è stata rivestita con una speciale molecola mirata specifica per il tumore trattato termicamente. Gran parte di quel lavoro è stato svolto nel laboratorio di Erkki Ruoslahti, un biologo cellulare e professore al Burnham Institute for Medical Research dell'UC Santa Barbara, e un altro co-autore dello studio.

"Pensali come soldati che attaccano una base nemica, " disse Sailor. "Le nanobarre d'oro sono le forze speciali, chi arriva per primo a marcare il bersaglio. Quindi l'Air Force vola per consegnare la bomba a guida laser. I dispositivi sono progettati per ridurre al minimo i danni collaterali al resto del corpo".

Mentre un tipo di nanoparticella migliora il rilevamento del tumore, Egli ha detto, l'altro è progettato per uccidere il tumore. I ricercatori hanno progettato un tipo di particella di risposta con stringhe di ossido di ferro, che chiamavano "nanoworms, " che si presentano brillantemente in una risonanza magnetica medica, o risonanza magnetica, sistema. Il secondo tipo è una nanoparticella cava caricata con il farmaco antitumorale doxorubicina. Con il soccorritore carico di droga, gli scienziati hanno dimostrato nei loro esperimenti che un tumore che cresce in un topo può essere arrestato e poi ridotto. "I nanoworm sarebbero utili per aiutare il team medico a identificare le dimensioni e la forma di un tumore in un paziente prima dell'intervento chirurgico, mentre le nanoparticelle cave potrebbero essere utilizzate per uccidere il tumore senza la necessità di un intervento chirurgico, " disse Marinaio.

"Questo studio è importante perché è il primo esempio di un sistema combinato, nanosistema in due parti in grado di produrre una riduzione prolungata del volume del tumore negli animali vivi, " disse Marinaio.